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Zusammenfassung Fertigungstechnik – Heft 1
Fertigungsverfahren:
Einteilung in Hauptgruppen:
Urformen, Umformen, Trennen, Fügen, Beschichten und
Stoffeigenschaftsändern
Aufgaben:
Untersuchung der Werkstoffbearbeitbarkeit und –verarbeitbarkeit
Entwicklung von rationellen Fertigungsverfahren
Einfluss auf fertigungsgerechte Konstruktion
Wahl und Gestaltung von Fertigungsmitteln
Festlegung von Kennwerten für einen wirtschaftlichen Prozess
Schwerpunkt ist die Herstellung der erforderlichen Werkstücke bzw.
die „Zustandsveränderung der Form / Stoffeigenschaft“
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Zusammenfassung Fertigungstechnik – Heft 1
1) Urformen (Gießen, Formgebung von Kunststoffen und Galvanoformung)
Urformen ist das Fertigen eines festen Körpers aus formlosen Stoff durch Schaffen des
Zusammenhaltes. (Dabei kann die Formgebung abgeschlossen sein oder eine Vorstufe für
weitere Fertigungsverfahren darstellen).
Formlose Stoffe: Gase, Flüssigkeiten, Pulver, Fasern, Späne, Granulate, u.ä.
Daraus lassen sich folgende Verfahren ableiten:
Gruppe 1.1
Gruppe 1.2
Gruppe 1.3
Gruppe 1.4
Urformen aus dem gas- oder dampfförmigen Zustand
Urformen aus dem flüssigen, breiigen oder pastenförmigen Zustand
Urformen aus dem ionisierten Zustand durch elektrolytisches Abscheiden
Urformen aus dem festen (körnigen oder pulverigen) Zustand
Gießen:
Das Gießen spielt heute noch eine wichtige Rolle, obwohl es zu den ältesten
Fertigungsverfahren der Menschheit zählt. Man unterscheidet das Gießen mit verlorenen
Formen und mit Dauerformen. Zur Anfertigung der Gießform wird ein Modell benötigt. Ist
das Bauteil hohl, braucht man auch einen Kern.
Vorteile:
+ Es stellt den kürzesten Weg vom Rohstoff zum Fertigprodukt dar.
+ Es ermöglicht die Erzeugung der verwickeltsten Formen (fast beliebig)
+ Der durch Gießen erfassbare Größenbereich geht von 1g (große Stückzahl),
bis zur mehreren 100 kg (Einzelstücke)
+ wesentlich geringere Bearbeitungskosten
+ erreichbare Maßgenauigkeit reicht meistens aus, Nachbearbeitung entfällt
+ formschöne Konstruktionen sind auf einfache Weise möglich
Geeignete Werkstoffe:
alle Metalle, ein Teil der Kunststoffe, Glas, Beton, ein Teil der
keramischen Werkstoffe und Pappe
Formkörper:
Das Modell benötigt man zum Einformen der Außenkontur des Werkstückes. Der Kern dient
zur Erstellung der Innenkontur (Hohlraum).
Modelle sind zwei oder mehrere Teile zerlegbar (Teilungsebenen, Formhälften), damit man
das Teil auch wieder aus der Gussform herausbekommt. Wichtig sind Kernmarken zur
Lagerung des Kerns. Es muss außerdem das Schwindmaß der unterschiedlichen Werkstoffe
berücksichtigt werden, deshalb werden die Modelle größer als in der Zeichnung hergestellt.
Schwindmaß Stahlguss 2%, Schwindmaß GG = 1%, GGG = 0,8 bis 1 %
Deswegen auch unterschiedliche Farbanstriche der Modelle. Zum leichteren Ausheben der
Modelle aus der Form erhalten die zur Ausheberichtung parallelen Flächen eine Schräge, die
Formschräge (zwischen 0° 30` und 7°).
Kerne werden aus besonderem Kernsand auf Kernblas- oder Kernschießmaschinen (selten
von Hand) hergestellt. Sie werden mit einem Bindemittel getränkt und erhalten so durch
Brennen oder Aushärten ihre hohe Festigkeit.
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Verfahren zum Herstellen von Kernen:
Stampfen, Kernbackverfahren, Wasserglas-CO2-Verfahren, Phenolharz-Härteverfahren,
Cold-Box-Verfahren, Hot-Box-Verfahren
Formstoffe:
Modelle werden in Formstoff eingeformt. Formstoffe bestehen vorwiegend aus einem
Gemisch von Quarzsand, Ton und Wasser und enthalten vielfach Zusatzstoffe, wie Lehm,
Wasserglas, Öle, Kunstharze und Steinkohlenstaub. Die Formstoffe müssen bildsam,
standfest, gasdurchlässig und hitzebeständig sein und sollen eine geringe Wärmeleitfähigkeit
haben.
Einteilung der Gießverfahren:
Gießen mit verlorenen Formen (zwei- und mehrteilig):
Unter verlorener Form versteht man eine Gießform, die nach einem Gießvorgang unbrauchbar
geworden ist.
Das Handformen:
Im Verfahren besteht zwischen Hand- und Maschinenformen kein Unterschied
Einguss:
Steiger:
Schlackenfang:
Anschnitt:
Derjenige Teil der Form, durch den der flüssige Gießwerkstoff in die Form
gebracht wird. Das Ende der trichterförmigen Erweiterung wird Sumpf oder
Tümpel genannt, und dient als Schlackenfang.
Oder auch Speiser. Ähnliche Gestalt wie Einguss, in ihm steigt nach
Beendigung des Gießens der Gießwerkstoff hoch. Der Trichter bildet eine
Reserve, wegen der Schindung beim Abkühlen. Der Steiger wird an der
höchsten Stelle der Form angeordnet, damit der Werkstoff beim Erstarren des
Gussstücks in die Form nachfließen kann.
örtliche Erweiterung zwischen Einguss und Form, an der
Schlackenteilchen des Gießwerkstoffs vor Erreichen der Form
ausgeschieden werden.
Ist die Verbindung zwischen Einguss und Form und soll Ausspülungen der
Form durch den Gießwerkstoff vermeiden. Darum soll er so tief wie möglich
liegen.
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Krammstock: Während des Gießens entstehen Gase, die gefährlich sind (explosiv und Gefahr
für Atmungsorgane). Man entzündet sie deshalb unmittelbar nach Gießbeginn
mit dem glühenden Krammstock.
Maskenformverfahren (nach Croning, auch Croning-Verfahren genannt):
Beim Maskenformverfahren wird aus Sand und aus härtbarem Kunststoff eine dünne Maske
hergestellt, in die der Werkstoff vergossen wird.
Anwendung:
Vorteile:
Nachteil:
Stahl-, Temper- und Grauguss.
große Festigkeit, sehr maßhaltig (+-0,2 bis +- 1,0mm)
Werkstück erhält eine sehr glatte Oberfläche
Es erfordert wenig Zeit und lässt sich gut mechanisieren
Verbrennung ist sehr langsam >>> Guss ist bereits erstarrt, bevor die Maske an
Festigkeit verliert >>> das Gussstück kann ungehindert schrumpfen
Gießen mit verlorenen Formen (einteilig):
Das Gießen in einteiligen Formen arbeitet mit verlorenem Modell und verlorener Form.
Wachsausschmelzverfahren:
Altes Verfahren, Anwendung schon im antiken China. So entstand der industrielle Feinguss.
Beim Wachsausschmelzverfahren werden Modelle aus Wachs in Keramikbrei getaucht und
dann gebrannt. Das Wachs schmilzt aus, und es entsteht eine Keramikform, die ausgegossen
wird.
Vorteile:
große Freiheit der Formgestaltung (wegen ungeteilter Form)
Unterschneidungen und Bohrungen sind möglich
Teile sind gratfrei
Toleranzen bis +-0,10 mm können erreicht werden
Vollformgießverfahren:
Beim Vollformgießverfahren wird ein Schaumstoffmodell aus Polystrol in Sand eingeformt.
Beim Gießen vergast das Schaumstoffmodell.
Vorteile:
+ besonders für einmalige Herstellung von Werkstücken geeignet (Maschinengrundkörper,
Musterteile, usw.)
+ Man kann dadurch Holz- und Modellkosten bis zu 50% sparen
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Gießen mit Dauerformen:
Einteilung:
Füllen der Dauerform mit flüssigem Metall durch unterschiedliche Kräfte, z.B.
durch Schwerkraft >>> Kokillenguss, Strangguss
durch Druckkraft >>> Druckguss
durch Fliehkraft >>> Schleuderguss
Kokillenguss:
Beim Kokillenguss wird der flüssige Werkstoff in Metallformen gegossen, wobei die
Formfüllung durch die Schwerkraft erfolgt.
Anwendungsbereiche:
Geeignete Werkstoffe:
Fahrzeugbau (Bremsbacken), Elektrotechnik (Gerätegehäuse)
und im Schwermaschinenbau (Brechbacken)
GS, GG, GGG, GT, GK-Al, CK-Cu, usw.
Vorteile:
feines Gefüge
besondere Werkstoffeigenschaften (vor- und nachteilig)
Beim Erstarren von Gusseisen entsteht an der Außenhaut Eisencarbid, genannt
Weißerstarrung. Das Werkstück ist an solchen Stellen sehr verschleißfest, lässt sich aber
spanend nur schwer bearbeiten.
Druckguss:
Beim Druckgießen wird Metall im flüssigen oder teigigen Zustand unter hohem Druck
hydraulisch in eine geteilte Dauerform gepresst. Von allem Gießverfahren (mit Dauerformen)
ergeben sich beste Ergebnisse (hinsichtlich Genauigkeit, Oberflächengüte und
Feingliedrigkeit).
Geeignete Werkstoffe:
Eigenschaften:
nur für NE-Metalle (Kupfer-Zink-Gusslegierungen, Kupfer-
Aluminium-Gusslegierungen und Aluminium-Gusslegierungen)
Wanddicken bis minimal 0,5mm
Toleranz je nach Sollmaß zwischen 0,005 bis ca. 0,3mm
Bohrungen bis minimal 0,6mm Durchmesser sind möglich
Gewinde ab 5mm
Aufgaben der Druckgießmaschine:
+ Die Form in Gießbereitschaft zu bringen und wieder zu
Öffnen.
+ Das Gießgut unter hohem Druck in die Form
einzuspritzen.
Man unterscheidet folgende Bauarten:
+ Kaltkammer-Druckgießmaschine
+ Warmkammer-Druckgießmaschine
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Kaltkammer-Druckgießmaschine:
Hier wird das Metall (Cu- und Al-Legierungen) in einem gesonderten Ofen geschmolzen und
warmgehalten. Anschließend wird es mit einem Gießlöffel in die Druckkammer der
Gießmaschine gefüllt und ein Kolben drückt die Schmelze dann in die Form.
Der Druck beträgt ca. 300 bis 2500 bar (hohe mechanische und thermische Belastung).
Warmkammer-Druckgießmaschine:
Hier ist der Schmelzofen Bestandteil der Maschine (angebauter Warmhalteofen). Der Druck
beträgt hier zwischen 100 bis 250 bar. Man erreicht bis zu 1000 Gießvorgänge pro Stunde.
Schleuderguss:
Geeignet für Gussstücke mit rotationssymmetrischer Grundgestalt und axialem Durchbruch.
Der Guss erfolgt in Kokillen, die durch Maschinen in schnelle Umdrehung um ihre
Symmetrieachse versetzt werden. Das eingegossene Metall wird durch die Zentrifugalkraft
fest an die Kokillenwände gepresst und erstarrt dort.
Vorzüge:
+ Das erstarrte Metall ist frei von Gasblasen, Lunkern und Verunreinigungen
+ Es werden bessere mechanische Eigenschaften erzielt (Verdichtung infolge
der Fliehkraft)
Nach Lage der Achse unterscheidet man zwischen Horizontal- und Vertikal-Schleuderguss
Beim Horizontal-Schleuderguss (Waagerecht-Schleuderguss) rotiert eine Kokille um ihre
waagerechte Achse, wobei der flüssige Werkstoff durch die Fliehkraft die innere Wandung
eines zylindrischen Hohlkörpers konzentrisch um die Drehachse bildet.
Es werden vor allem zylindrische Hohlgussstücke (Rohre) erzeugt.
Beim Vertikal-Schleuderguss (Senkrecht-Schleuderguss) rotiert die Kokille im ihre senkrechte
Achse, wobei der gesamte Hohlraum der Form von seiner Innenwand her bis zur Drehachse
mit flüssigem Werkstoff gefüllt wird.
Das Verfahren wird auch Schleuderformguss genannt. Er dient zur Herstellung niedriger,
symmetrischer Werkstücke wie Riehmenscheiben, Zahnräder, Motorenzylinder usw.
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Strangguss:
Beim Stranggießen werden endlose Profilstäbe (beliebigen Querschnitts) kontinuierlich oder
diskontinuierlich direkt aus dem Schmelzofen über eine Graphitkokille hergestellt.
Es dient zur Herstellung von symmetrischen Gussteilen mit vorwiegender Längenausdehnung
(Knüppel, Rohre, Stangen) mit beliebigen Querschnitt des Profils.
Das Metall wird meistens in einem Induktionsofen geschmolzen. Die Gießform ist eine
Graphitkokille, die von einem Wasserkühler umgeben ist. Diese Form ist unten oder seitlich
am Ofen angebracht, wobei der flüssige Werkstoff in die Form läuft und von der Randzone
her erstarrt.
Man unterscheidet je nach der Anordnung der Kokille und der Abzugsrichtung zwischen
waagerechtes und senkrechtes Stranggießen.
Konstruktive Gestaltung von Gusswerkstücken:
Es sind wichtige Gesichtspunkte zu beachten. Sie beziehen sich auf das Einformen, das
Gießen, das Putzen und auf das Bearbeiten des Werkstückes.
Wichtige Gesichtspunkte:
- Das Gusswerkstück muss eine einfache Formteilung ermöglichen
- Hinterschneidungen sind zu vermeiden
- Ausreichende Formschrägen müssen vorhanden sein
- Scharfe Kanten sind durch Rundungen zu ersetzen
- Die Kernauflage ist durch genügend große Öffnungen zu sichern
- Die Anzahl der Kerne ist auf ein Minimum zu reduzieren
- Gleichmäßige Abkühlung ist anzustreben, um Spannungen zu vermeiden (einheitliche
Wandstärken)
- Materialanhäufungen führen zur Hohlraumbildung (Lunker)
- Die Gießform muss sich leicht füllen lassen
- Die Kerne müssen sich leicht entfernen lassen, Sandecken sind zu vermeiden
Gießfehler:
Typische Gießfehler:
- Anhaftungen aus Formstoff oder aus einem Metall-Formstoff-Gemenge
- Auswüchse oder Treibstellen (massive Verdickungen an den äußeren und inneren
Gussflächen) durch ungenügende oder unregelmäßige Formverdichtung
- Gratbildung in der Formteilung oder bei den Kernen
- Einbrennen des Metalls in den Formstoff
- Kernverlagerungen
- Unvollständiges Füllen der Form. Dadurch erfolgt eine vorzeitige Erstarrung der
Schmelze beim Gießen (Kaltschweißstelle)
- Blasen und Poren im Guss
- Lunker (Hohlraum) durch Schwinden des Werkstoffs
- Einschlüsse, meistens aus Formstoff
- Risse und Unterbrechungen
- Unregelmäßigkeiten in der Werkstoffzusammensetzung
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Formgebung von Kunststoffen:
Das Urformen der Werkstücke aus Kunststoff kann durch Gießen, durch Pressen, durch
Spritzgießen und durch Extrudieren erfolgen.
Wichtig sind hierbei die Verarbeitungskennwerte (Viskosität, Schmelzindex, Fließverhalten,
Erweichungsbereich sowie die Zersetzungstemperatur) die von den Herstellern angegeben
werden.
Thermoplaste haben gegenüber den Duroplasten den größeren Anteil an der Fertigung von
Formteilen und Halbzeugen.
Beim Formpressen jedoch werden hauptsächlich Duroplaste verwendet.
Gießen und Tauchen:
Beim Gießen und Tauchen werden Formteile oder Filme hergestellt bzw. Metallkerne mit
Kunststoff überzogen.
Verwendete Verfahren:
Formgießen
Filmgießen
Schleudergießen
Tauchen
Herstellen von Formteilen in offenen oder geschlossenen Werkzeugen
z.B. Schmuckwaren, Schatullen, Aschenbecher
Herstellen von Folie (Trocken- und Naßgießen)
Herstellen von Formteilen in rotierenden Werkzeugen
Herstellen von Hohlkörpern oder Schutzüberzügen
Kalandrieren und Beschichten:
Kalandrieren ist ein Verfahren zur Herstellung von Folien zwischen Walzen. Beim
Beschichten werden Trägermaterialien mit einem Kunststoffüberzug versehen.
Hergestellt werden Folien, Tafeln und Fußbodenbeläge, hauptsächlich aus PVC. Das
Überziehen wird auch kaschieren genannt. Ein Kalander ist eine Maschine mit mehreren
polierten Walzen.
Extrudieren (Strangpressen):
Durch Extrudieren werden Profilstäbe aller Art, Rohre, Tafeln und Folien hergestellt.
Verwendet wird dazu hauptsächlich eine kontinuierlich arbeitende Schneckenpresse
(Extruder).
Der Extruder besteht aus einem Plastifizierzylinder, in dem eine Schnecke mit mest
gleichbleibender Steigung und zur Schneckenspitze zunehmenden Kerndurchmesser rotiert.
Das durch den Einfülltrichter zugeführte Material wird auf dem Weg durch den Zylinder
plastifiziert und tritt durch die entsprechend gestaltete Düse aus.
Ein weiteres Verfahren ist das Kolbenstrangpressen, das bei Duroplasten angewendet wird.
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Spritzgießen:
Beim Spritzgießen wird plastifizierte Masse in ein geteiltes Werkzeug unter Druck
eingebracht. Auf diese Weise werden Formteile aller Art hergestellt.
Das Granulat wird dosiert einem beheizten Zylinder zugeführt und durch die Wärme
plastifiziert. Anschließend wird die Masse unter hohem Druck (bis 2000 bar) über eine Düse
einem Werkzeug zugeführt.
Man unterscheidet zwei Arten der Plastifizierung: Kolben- und Schneckenplastifizierung
Blasformverfahren:
Beim Blasformverfahren wird im Extruder ein Hohlprofil (Schlauch) erzeugt, welcher in
meist zweiteiligen Formwerkzeugen zu Formteilen (Hohlkörpern) mit Druckluft aufgeblasen
wird.
Hergestellt werden mit diesem Verfahren Hohlkörper wie Flaschen, Bälle, Gießkannen,
Pupen, aber auch technische Teile, wie Bremsflüssigkeitsbehälter oder Benzinkanister.
Formpressen und Spritzpressen:
Formpressen und Spritzpressen sind Verfahren zur Herstellung von Formteilen, meist aus
Duroplasten. Die Formgebung erfolgt in Formwerkzeugen auf hydraulisch angetriebenen
Pressen.
Das Formpressen beruht darauf, dass die Pressmasse in Pulverform oder Tablettenform, kalt
oder vorgewärmt, in ein geöffnetes Formwerkzeug eingebracht wird. Das Aushärten erfolgt in
der Pressform, die beheizt ist. Die Aushärtetemperatur beträgt je nach Kunststoff 140 bis
180°C, der Pressdruck etwa 150 bis 1000 bar.
Beim Spritzpressen wird die Pressmasse in Tablettenform in einen Kolbenraum gegeben,
danach schließt die Presse und erzeugt die Schließkraft. Es erfolgt der eigentliche
Spritzvorgang durch einen Kolben.
Dieses Verfahren bringt gegenüber dem Formpressen einige Vorteile:
- Die Formkonturteile unterliegen einem geringeren Verschleiß, da die Plastifizierung
im Zylinder stattfindet.
- dünnwandige formschwierige Pressteile lassen sich leichter herstellen, da die
Konturteile die Pressmasse nicht im festen, d.h. im pulver-, teig- oder auch
schnitzelförmigen Zustand verformen müssen
- Das Einlegen von Einpressmetallteilen oder Beilagen ist einfacher und sicherer
- Durch den fehlenden Füllraum sind die Formkonturteile leichter herstellbar
- Die Zykluszeiten sind kürzer
- Das Herstellen sehr kleiner Pressteile ist möglich
- Die Konturteile befinden sich in ruhender Stellung beim Eintritt der Pressmasse in den
Konturhohlraum
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Galvanoformung:
Galvano = selbsttragend
Bei der Galvanoformung wird auf eine geformte Kathode elektrolytisch Metall (vorwiegend
Nickel) niedergeschlagen. Dieses Metall kann dann als Festkörper (Galvano) abgenommen
werden.
Die Herstellung erfolgt in folgenden Teilschritten:
- Fertigung eines Modells aus Metall, Wachs, Kunststoff, Gips, o.ä.
- Aufbringen einer Trennschicht auf das Metallmodell oder bei Nichtmetallen das
Aufbringen einer elektrisch leitenden Schicht (aufgeschlämmter Graphit)
- Schalten des Modells als Kathode (Minuspol) und Aufbringen einer oder mehrerer
Schichten
- Erstes mechanisches Bearbeiten des Galvanos
- Entfernen des Modells
- Nacharbeiten bzw. Polieren des Galvanos
Beispiele:
Werkstoff:
Vorteile:
Wärmefallen an Raketenspitzen, Werkzeuge für die kunststoffverarbeitende
Industrie, Schersiebe für Trockenrasierer, Scheinwerfer- und
Sonnenreflektoren, Füllhalter- und Kugelschreiberkappen, Spinndüsen,
Siebdruckschablonen
meist Nickel, zunehmend auch Nickel-Kobalt-Legierungen
- extrem hohe Abbildungsgenauigkeit
(Rauhtiefen bis zu 0,05 µm lassen sich noch exakt abbilden)
- hohe Maßgenauigkeit
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Pulvermetallurgie:
Verfahrensablauf:
Pulverherstellung >>> Formgebung (vorwiegend durch Pressen) >>> Sintern
>>> Nachbehandlung (Tränken, Kalibrieren)
Anwendungsgebiete:
- Massenteile im Bereich von 5 bis 1000 g
- Hochfeste Sinterstähle
- Gleitwerkstoffe mit porösem Gefüge zu Aufnahme von Schmiermitteln
- Reibwerkstoffe für Kupplungen und Bremsen sowie Filter
- Sintermagnete
Pulverherstellung:
Hierbei gibt es vier verschiedene Verfahren:
a) mechanische Verfahren
Herstellung aus festen Zustand (HAMETAG-Verfahren):
Hier werden Draht , Späne, o.ä. in besonderen Mühlen zerkleinert, wobei ein flitterige Form
entsteht. Das Pulver wird vor der Weiterverarbeitung spannungsfrei geglüht.
Dieses Verfahren wird heute fast nicht mehr angewendet.
Herstellung aus flüssigen Zustand (Verdüsungsverfahren):
Hier wird aus der Bodenöffnung eines Tiegels, in dem sich geschmolzenes Metall befindet,
ein feiner Strahl abgelassen. Von der Seite her lässt man nun schräg nach unten auf diesen
Strahl Druckluft oder Druckwasser einwirken, so dass er sich in kleine Tröpfchen auflöst und
beim Erstarren Pulver bildet.
b) physikalische Verfahren
Darunter versteht man das Verdampfen eines Stoffes mit nachfolgender Kondensation oder
das Zerstäuben in einem Lichtbogen wie beim Metallspritzen.
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c) chemische Verfahren
Reduktionsverfahren:
Dabei werden verpulvert und anschließend unter Wärmeeinwirkung mit Kohlenstoff
reduziert. Nach diesem Verfahren wird in erster Linie Eisenpulver hergestellt.
Carbonylverfahren:
Hier werden auf chemischen Wege aus Erzen und Kohlenoxiden Metallcarbonyle hergestellt.
Carbonyle sind chemische Verbindungen, die bei höheren Temperaturen verdampfen und sich
anschließend leicht wieder zersetzen. In erster Linie werden Eisen- und Nickelpulver nach
diesem Verfahren produziert.
d) elektrolytische Verfahren
Bei dieser Methode wird in einem elektrolytischen Bad das Pulver direkt oder in Form einer
porösen, gut zerkleinerbaren Kathode niedergeschlagen. Das elektrolytische Verfahren eignet
sich vor allem für die Herstellung von Kupfer- und Eisenpulver.
Verbreitete Methoden zur Pulverherstellung sind das Reduzieren pulverförmiger Metalloxide
mittels Wasserstoff bzw. Kohlenstoff oder das Verdüsen flüssigen Metalls.
Formgebung:
Bei der Formgebung wird die pulverförmige Formmasse dosiert in ein Presswerkzeug
geschüttet und durch Pressen oder Walzen verdichtet. Es wird aus dem formlosen
Metallpulver ein Körper mit bestimmter geometrischer Gestalt hergestellt.
Die Formgebung kann vorwiegend durch Pressen, aber auch durch Pulverwalzen, Explosions-
Verdichten oder Strangpressen erfolgen. Dabei kommen sich die Pulverteilchen so nahe, dass
sie nach Aufhebung des Drucks aneinander kleben bleiben, also ein fester Verband entsteht,
der allerdings geringe Festigkeit besitzt.
Man unterscheidet beim Pressvorgang das einseitige und das doppelseitige Kalt- oder
Heißpressen.
Beim einseitigen Pressen ist die Reibung an der Matrizenwand zunächst größer als alle
anderen Kräfte. Sie nimmt dann zur Mitte hin ab, so dass man eine kegelförmige Verdichtung
vor dem Stempel bekommt.
Beim doppelseitigen Pressen (erreicht größere Dichte) verbleibt in der Mitte des Presskörpers
deine Zone mit geringerer Dichte, da ja die Pressung von beiden Seiten verläuft.
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Sintern:
Unter Sintern versteht man das Glühe des gepressten Metallpulvers bei 2/3 bis 3/4
Schmelztemperatur mit dem Ziel, einen festen Körper herzustellen.
- kein Aufschmelzen der Korngrenzen
- Vernetzung durch Diffusion
Nachbehandlung:
Die Nachbehandlung dient dazu, die Genauigkeit bzw. die Eigenschaften der
Sinterwerkstücke zu verbessern.
Man unterscheidet zwischen drei Gruppen:
- Mechanische Bearbeitung (dient zur Erhöhung der Genauigkeit, geschieht durch
Nachpressen bzw. Kalibrieren
- Oberflächenbehandlung (dient dem Korrosionsschutz und Verschleißwiderstand,
geschieht durch Aufkohlen, Lackieren, oxidieren, ...)
- Thermische Behandlung durch Glühen, Härten oder Vergüten (wird bei Sintereisen
oder Sinterstahl verwendet)
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2) Umformen:
Umformen ist Fertigen durch bildsames (plastisches) Ändern der Form eines festen Körpers.
Dabei werden sowohl die Masse als auch der Stoffzusammenhang beibehalten. Es dient zur
Herstellung von Bauteilen, die in vielen Fällen nicht mehr nachbearbeitet werden müssen.
Durch die Umformung ergeben sich folgende Vorteile:
- Verbesserung der Werkstoffeigenschaften
- Verlustarme Werkstoffverarbeitung
- Verringerung der Fertigungszeit
- Reduzierung von Nebenzeiten
Der wirtschaftliche Einsatz der meisten Umformverfahren ist an hohe Stückzahlen gebunden.
Gliederung der Umformverfahren:
Man unterscheidet zwischen Druck-, Zug-Druck-, Zug-, Biege- und Schubumformen.
Theoretische Grundlagen der bildsamen Formgebung:
Formänderungsfestigkeit:
Oberhalb der Streckgrenze bezeichnet man die wahre Spannung als Formänderungsfestigkeit
kf. Die Formänderungsfestigkeit ist abhängig von der Querschnittsabnahme (Formänderung),
der Temperatur und der Formänderungsgeschwindigkeit.
Erfolgt die Umformung unterhalb der Rekristalisationstemperatur, spricht man von
Kaltformgebung, erfolgt sie oberhalb, spricht man von Warmformgebung.
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Formänderungsverhältnis:
In der Praxis verwendet man meist die bezogene Formänderung ε und das logarithmische
Formänderungsverhältnis ψ.
Formänderungswiderstand:
Die tatsächlich auftretenden Spannungen sind über der Werkzeugoberfläche ungleichmäßig
verteilt und verschieden groß. Der Mittelwert dieser Spannungen über der Berührungsfläche
ist der Formänderungswiderstand kw, auch Umformwiderstand genannt.
Die große Schwierigkeit besteht darin, die Größe von kw zu bestimmen, da die Reibung von
folgenden Einflüssen abhängt:
- Werkstoff des Werkstückes
- Oberflächenbeschaffenheit der Werkzeuges und des Werkstückes
- Umformtemperatur
- Schmierung
Druckumformen:
Unter Druckumformen versteht man das Umformen eines festen Körpers, wobei der
plastische Zustand im wesentlichen durch ein- oder mehrachsige Druckbeanspruchung
herbeigeführt wird.
Druckumformverfahren sind das Walzen, Freiformen (Schmieden), Gesenkformen (Gesenkschmieden),
Eindrücken und das Durchdrücken (unterteilt in Strangpressen und Fließpressen)
Druckumformen: Freiformen und Gesenkformen
Vorteil gegenüber gegossenen Teilen:
- größere Werkstoffdichte
- größere Zugfestigkeit
- größere Schwingungsfestigkeit
- bessere Korrosionsbeständigkeit
Frei- und Gesenkformen sind Warmumformverfahren.
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Druckumformen: Freiformschmieden
Freiformschmieden wird in der Industrie zur Herstellung großer Einzelstücke oder zum
Vorformen eingesetzt. Der Werkstoff wird dabei in Richtung der freien Werkstoffflächen
verdrängt. Umformende Werkzeugmaschine ist der Schmiedehammer.
Die Bezeichnung des Verfahrens ergibt sich daraus, dass der Schmiedevorgang frei zwischen
Amboß und Hammerbahn erfolgt.
Charakteristische Formungsarten beim Schmieden sind: Stauchen, Breiten, Recken, Absetzen
und Schroten.
Beispiele: Achsen, Hebel, Wellen, Kurbewellen
Es werden Werkstücke mit einer Masse bis zu 300 Mg verarbeitet.
Sonderverfahren sind Elektrostauchen und Rundkneten (Rundhämmern).
Druckumformen: Gesenkschmieden
Es übertrifft das Freiformschmieden in der Herstellungsgenauigkeit der Teile.
Das Prinzip des Gesenkschmiedens besteht darin, dass ein schmiedewarmer Rohling in eine
Hohlform (Gesenk), die der Sollform des Bauteiles entspricht, geschlagen wird und er sich
dieser Hohlform anpasst.
Ein komplettes Gesenk besteht in der Regel aus zwei Hälften, dem Ober- und dem
Untergesenk. Das Obergesenk wird mittels Schwalbenschwanzführung am Hammerbär, das
Untergesenk auf dem Hammertisch befestigt.
Der schmiedwarme Rohling wird in das geöffnete Gesenk eingelegt und durch mehrere
Schläge des Hammerbären gestaucht, bis er sich vollständig im Hohlraum ausgebreitet hat.
Der Grat wirkt wie ein Puffer zwischen den beiden Gesenkhälften und verhindert das harte
Aufschlagen. In der Regel ist es nicht möglich, das Werkstück in einem Arbeitsgang
herzustellen, es sind mehrere Arbeitsstufen erforderlich. Entsprechend benötigt man
verschiedene Gesenke.
Hergestellt werden Gesenke durch:
- Spanen
- Einpressen eines Formstückes (Pfaffen) in einen Gesenkblock
- Gießen oder durch
- Moderne Abtragungsverfahren (Erodieren u.ä.)
Beispiele: Naben, Achsschenkel, Pleuelstangen, Hebel, Nockenwellen, Schrauben, Muttern
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Zusammenfassung Fertigungstechnik – Heft 1
Gesenkpressen:
Gesenkpressen unterscheidet sich vom Gesenkschmieden durch die verwendete Maschine
(Presse). Da die Presse meist eine genauere Führung zwischen Ober- und Untergesenk besitzt,
ist auch die Herstellungsgenauigkeit größer.
Durchführung des Verfahrens meist auf Reibradspindel- oder Kurbelpressen.
Beispiele: Kegelräder, Zahnleisten, Zahnräder, Turbinenschaufel, usw.
Prägen:
Als Prägen bezeichnet man das Gesenkpressen im kalten Zustand. Es dient zur reliefförmigen
Verformung der Werkstückoberfläche, zur Erzielung einer bestimmten Toleranz (erreichbar
+-0,02mm) oder zum Planieren von Werkstücken.
Man unterscheidet zwischen Vollprägen und Hohlprägen.
Beispiele:
Essbestecke, Münzen, außerdem kann man flache Stahlteile kalibrieren und
Stahlmatrizen einsenken.
Strangpressen:
Das Strangpressen ist ein Verfahren zur Herstellung beliebig geformter Voll- und Hohlprofile.
Zu diesem Zweck wird ein vorgewärmter Block in einem Presszylinder durch Druck zum
Fließen gebracht und durch eine entsprechend geformte Matrize gepresst. Verarbeiten lassen
sich sowohl Stahl aus auch Nichteisenmetalle.
Geeignete Werkstoffe:
Aluminium, Magnesium, Titan, Kupfer, Zink, Zinn und
Legierungen
Verwendung von Glas als Schmiermittel.
Fließpressen:
Das Fließpressen stellt eine Umformung durch Druck mit besonders großer Querschnittsver-
Änderung dar. Der in die Matrize eingelegte Werkstoff wird durch einen Stempel verdrängt
und fließt dabei in Richtung der Stempelbewegung oder entgegen der Richtung der
Stempelbewegung aus. Die Umformung erfolgt meist im kalten Zustand. Hergestellt werden
hauptsächlich hülsenartige Werkstücke.
Übung 78 !
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Vorteile:
- hoher Umformgrad in einem Arbeitsgang
- gute Ausnutzung des Werkstoffes, geringer Abfall
- hohe Arbeitsgeschwindigkeit und geringer Lohnkostenanteil
- vergleichsweise niedrige Herstellungskosten und hohe Lebensdauer
- gute Festigkeitseigenschaften der Fliesspressteile
- dichtes Gefüge
Fliesspressverfahren:
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Druckumformen: Walzen
Blöcke und Brammen werden durch das Walzen zu Halbzeugen umgeformt. Man
unterscheidet das Flach- und Profilwalzen, das Drahtwalzen und das Rohrwalzen. Beim
Rohrwalzen hat das Mannesmann-Rohrwalzverfahren (siehe S.63) eine große Bedeutung. Es
verläuft in den Arbeitsstufen Schrägwalzen, Pilgerwalzen und Maßwalzen. Mit dem
Schmiedewalzen und dem Gewindewalzen werden Fertigteile hergestellt.
Flachwalzen:
Umformen zwischen zwei Walzen, die sich gegenläufig drehen.
Profilwalzen:
Das Werkstückprofil wird durch 2 profilierte Walzen (auch Kalibrierwalzen
genannt) geformt.
Drahtwalzen: Ist vergleichbar mit dem Profilwalzen, wobei vorwiegend runde Querschnitte
in Frage kommen die aus einem Block auf immer kleinere Querschnitte
heruntergewalzt werden.
Rohrwalzen:
Dient zur Herstellung nahtloser Stahlrohre und wird prinzipiell nach folgendem
Verfahrensablauf durchgeführt:
- Herstellung eines Hohlblockes aus Vollblock durch Lochen od. Walzen
- Auswalzen dieses Hohlblockes zu einem Rohr
- Richten und Maßwalzen im Reduzierwalzwerk
Beim Mannesmann-Rohrwalzverfahren wird ein erwärmter Block im
Schrägwalzwerk zu einer dickwandigen Rohrluppe geformt und anschließend
im Pilgerwalzwerk zu einem dünnwandigen Rohr ausgewalzt.
Schmiedewalzen:
Beim Schmiedewalzen wälzen zwei Segmenthälften ihr Profil auf
einem vorgewärmten Rohling ab. Es werden Fertigteile hergestellt.
Gewindewalzen:
=Kaltumformen.
Durch das Gewindewalzen werden Gewinde aller Art, aber auch
Profile, wie z.B. Verzahnungen, im kalten Zustand geformt.
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Zusammenfassung Fertigungstechnik – Heft 1
Zugdruckumformen:
Beim Zugdruckumformen werden feste Körper umgeformt, wobei der plastische Zustand
durch eine zusammengesetzte Zug- und Druckbeanspruchung herbeigeführt wird.
Zu den wichtigsten Verfahren zählen Durchziehen, Tiefziehen, Drücken, Kragenziehen und
Knickbauchen. Das Durchziehen kann wiederum in Drahtziehen, Profilziehen und Rohrziehen
unterteilt werden.
Zugdruckumformen: Durchziehen
Das Durchziehen ist ein Verfahren des Zugdruckumformens, wobei ein Werkstück durch eine
formgebende Werkzeugöffnung gezogen wird., die sich in Ziehrichtung verengt. Die
wichtigsten Anwendungsgebiete sind das Drahtziehen, das Profilziehen und das Rohrziehen.
Drahtziehen:
Drahtziehen ist ein Zugdruckumformverfahren. Gezogen werden Drähte unterhalb von 5mm
Durchmesser. Dabei wird ein auf Ringe gewickelter Rohdraht in ein oder mehreren Zügen
durch eine Ziehdüse auf den gewünschten Durchmesser gezogen und auf Spulen oder Körbe
aufgewickelt. Drahtziehen erfolgt im kalten Zustand auf speziellen Drahtziehmaschinen. Die
Ziehgeschwindigkeiten betragen bis zu 50 m/s.
Profilziehen:
Das Profilziehen verläuft ähnlich wie das Drahtziehen. Auf der Ziehmaschine können Profile
mit beliebigem Querschnitt gezogen werden.
Rohrziehen:
Auch hier wird der Werkstoff durch eine Düse gezogen, das Ausgangsprodukt ist jedoch ein
durch Walzen hergestelltes dickwandiges Rohr. Man unterscheidet drei verschiedene
Ziehverfahren, nämlich den Hohlzug, den Stopfenzug und den Stangenzug.
Beim Hohlzug werden keine Innenwerkzeuge eingesetzt, d.h. es wird lediglich der
Außendurchmesser vermindert, ohne dass die Wanddicke sich wesentlich verändert.
Beim Stopfenzug wird der Rohrrohling über den Ziehstopfen geschoben, der beim
Ziehprozess als Innenwerkzeug dient. Dadurch bildet sich ein Ringspalt, welcher der
gewünschten Rohrwanddicke entspricht.
Beim Stangenzug wird in den Rohrrohling eine Dornstange eingeschoben, die von der
Ziehzange erfasst und durch den Ziehring hindurchgezogen wird.
Zugdruckumformen: Tiefziehen
Tiefziehen ist ein Zugdruckumformverfahren, das ebene Zuschnitte in Hohlkörper
verwandelt. Das Tiefziehwerkzeug besteht hauptsächlich aus Ziehstempel und Ziehring. Der
ebene Zuschnitt (Ronde) wird durch den Ziehstempel in die Öffnung des Ziehringes gezogen.
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In vielen Fällen sind mehrere Züge zur Herstellung des Werkstückes notwendig. Als
Umformmaschinen werden Tiefziehpressen eingesetzt.
Einfacher Ziehvorgang:
Die zugeschnittene Blechscheibe (Ronde) mit dem Durchmesser D1 wird auf den Ziehring
gelegt. Niederhalter und Ziehstempel gehen nach unten. Der Niederhalter trifft dabei eher auf
die Blechscheibe und klemmt sie an ihren Randpartien zwischen sich und dem Ziehring fest.
Der danach auftreffende Stempel mit dem Durchmesser D4 zieht das Blech durch die Öffnung
des Ziehrings, die den Durchmesser D3 hat, hindurch. Dabei muß der Blechwerkstoff über die
Ziehkanten nachfließen. Der verbleibende Blechrest (Flansch) wird mit wachsender Ziehtiefe
ständig verringert und verschwindet schließlich vollständig. Nach Beendigung des
Ziehvorgangs geht der Ziehstempel wieder nach oben in seine Ausgangsstellung zurück. Das
völlig durchgezogene Werkstück federt um einen geringen Betrag auf und schlägt deshalb am
Ziehring an, der jetzt als Abstreifer wirkt. Bei Ziehteilen mit verbleibendem Flansch wirkt der
Niederhalter als Abstreifer, der erst nach dem Stempel hochgeht und das Teil freigibt.
Neben dem einfachen Ziehvorgang sind noch einige andere Verfahren entwickelt worden:
Ziehen mit Hilfsniederhalter:
Beim Tiefziehen dünner Bleche und bei Anwendung großer Ziehradien kann der Rondenrand
nach Erreichen der Ziehkantenabrundung nicht mehr vom Niederhalter gegen den Ziehring
gedrückt werden.
Durch Anordnung eines Hilfsniederhalters kann die Faltenbildung vermieden werden. Bevor
der Rondenrand aus dem Eingriffsgebiet des Niederhalters heraustritt, taucht der
Hilfsniederhalter in die Matrize ein und bewirkt ein weiteres Niederdrücken des Bleches.
Ziehen mit Ziehwulst:
Beim Tiefziehen unzylindrischer und flacher Hohlformen wird durch eine Ausbildung von
Niederhalter und Ziehring, die eine Ziehwulst bilden, eine Faltenbildung durch stetiges,
wechselseitiges Biegen unterdrückt.
Stülpziehen:
Eine ähnliche Wirkung wie bei der Anordnung einer Ziehwulst wird durch das Stülpziehen
erreicht. Das bereits vorgezogene Teil wird über den Ziehring gesteckt, der beiderseits
abgerundete Kanten hat. Durch den niedergehenden Ziehstempel wird der Boden des Napfes
umgestülpt und der ursprüngliche Napfdurchmesser verkleinert.
Anwendungsbeispiele:
Fahrzeugbau:
Maschinenbau:
Elektrotechnik:
Haushaltsgerätebau:
Emballagenfertigung:
Rahmen-, Fahrgestell- und Karosserieteile
Böden, Behälter, Gehäuse, Verkleidungen
Gehäuse, Kappen, Verkleidungen, Geräteteile
Teile für Waschmaschinen und Kühlschränke, Küchengeschirr
=Verpackungen. Dosen aller Art, Fässer
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Zugumformen:
Unter Zugumformen versteht man das Umformen eines festen Körpers, wobei der plastische
Zustand hauptsächlich durch ein- oder mehrachsige Zugbeanspruchung herbeigeführt wird. Es
wird in Längen, Weiten und Tiefen untergliedert, wobei zu den Tiefen die Verfahren
Streckziehen und Hohlprägen gehören.
Streckziehen:
Dieses Verfahren dient zur Herstellung von Blechformteilen mit großen Abmessungen und
Krümmungsradien, deren Fertigung durch Tiefziehen nicht wirtschaftlich ist. Beim
Streckziehen wird das Blechteil (Zuschnitt) fest eingespannt. Ein Stempel bewirkt die
Verformung des Bleches und beansprucht es auf Zug.
Biegeumformen:
Beim Biegen treten vorwiegend Zug- und Biegebeanspruchungen auf, wobei neben
plastischen auch elastische Dehnungen des Werkstoffes vorkommen, die sich als
Rückfederung zeigen. Sie muß durch einen Korrekturfaktor bei der Gestaltung der Werkzeuge
bzw. bei der Einstellung berücksichtigt werden. Der Rückfederungswinkel ist von der
Blechdicke, dem Biegeradius und der Art des Werkstoffes abhängig. Man unterscheidet, ob
die Biegeumformung mit geradliniger oder drehender Werkzeugbewegung abläuft.
Gesenkbiegen:
Das Werkzeug besteht aus einem Oberteil (Stempel) und einem Unterteil (Gesenk). Beim
Gesenkbiegen wird das Werkstück mittels Stempel so gegen das Gesenk gebogen, bis der
entsprechende Öffnungswinkel erreicht ist.
Schwenkbiegen, Abkanten und Rundbiegen:
Schwenbiegen: Das zwischen Ober- und Unterwange eingespannte Blech wird durch die
schwenkbare Biegewanne um den gewünschten Winkel gebogen.
Beim Abkanten liegt das Blech auf der Biegeleiste und wird durch den Biegestempel
umgeformt.
Beim Rundbiegen ergeben sich durch Verstellen der Oberwalze verschieden Biegeradien
Bördeln, Sicken und Profilieren:
Das Bördeln dient zum Umbiegen des Randes von Blechteilen.
Beim Sicken werden Ausbauchungen im Blech erzeugt, die zur Versteifung des Bleches
führen.
Beim Profilieren erhält der Blechstreifen durch die Konturen der Walzen seine Endform.
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